DE1091815B

DE1091815B - Gasturbine mit Teilbeaufschlagung des Turbinenrades mit Brenngas und mit verdichteter Luft

Info

Publication number: DE1091815B
Application number: DEH38021A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Haag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-12-01
Filing date: 1959-12-01
Publication date: 1960-10-27

Description

DEUTSCHES

Der thermische Wirkungsgrad von Gasturbinen kann durch höhere Verbrennungstemperaturen oder Druckverhältnisse wesentlich gesteigert werden. Die Höhe der Gastemperatur hängt nun von der Warmfestigkeit der Turbinenschaufeln ab, und es sind schon viele Vorschläge zur Kühlung der Turbinenschaufeln bekannt; darunter ist eine Turbine, bei der die verdichtete Luft durch die Hohlschaufeln des axialen Turbinenschaufelgitters strömt. Hiermit werden die Turbinenschaufeln gekühlt, und die Hohlschaufeln sind zugleich Wärmetauscher. Abgesehen von der schlechten Abdichtmöglichkeit der aus den Hohlschaufeln austretenden verdichteten Luft muß der Wärmeübergang von den heißen Gasen durch die Wände der schwer herzustellenden Hohlschaufeln erfolgen. Die Hohlturbinenschaufeln dienen somit als Rekuperator, diese benötigen aber wesentlich größere Wärmedurchgangsflächen als Regeneratoren, bei denen die heißen Gase abwechselnd mit der zu erwärmenden Verbrennungsluft durch die gleichen Kanäle strömen.

Ein anderer Vorschlag läßt das einzelne Schaufelrad als Turbine und als Verdichter (Teilbeaufschlagung) wirken. Hier findet der Wärmeübergang also in den Räumen des Schaufelrades statt, das zugleich als Turbine und als Verdichter wirkt. Dies ist für das zu fördernde Luftgewicht G nachteilig, da die durch den Schaufelkanal strömende Verdichterluft sich bereits im Kanal erwärmt. Nach der Zustandsgieichung ist

G =

P-V R-T

Somit muß das Luftdurchsatzgewicht infolge der höheren Temperatur am Austritt des Schaufelkanals kleiner sein als bei einem Verdichterrad ohne Aufheizung.

Ferner ist schon eine Schubverbrennungsturbine mit Teilbeaufschlagung bekannt, bei der ein Teil der verdichteten Luft durch die heißen Turbinenschaufeln strömt. Hier wurde erkannt, daß die durch die heißen Turbinenschaufeln strömende Luft sich ausdehnt und einen zusätzlichen Schub, also Leistung abgibt. Es wurde jedoch nur ein Teil der verdichteten Luft zur Leistungsverbesserung benutzt.

Die genannten Nachteile sollen gemäß der Erfindung mittels folgendem Vorschlag vermieden werden:

1. Der Wärmeübergang soll nicht durch die Schaufelwand gehen, sondern durch direkte Berührung erfolgen wie bei bekannten Regeneratoren.

2. Der Verdichter soll dabei ohne Aufheizung sein, um einen möglichst hohen Liefergrad zu erreichen.

3. Wenn größtmögliche Kühlung der Turbiuenschaufeln erreicht werden soll, kann die gesamte verdichtete Luft durch die Schaufelräume des (der) Turbinenrads (-räder) strömen.

Gasturbine mit Teilbeaufschlagung

des Turbinenrades mit Brenngas

und mit verdichteter Luft

Anmelder:

Rudolf Haag,
Ludwigsburg-Hoheneck, Untere Gasse 44

Rudolf Haag, Ludwigsburg-Hoheneck,
ist als Erfinder genannt worden

Die Abbildung zeigt als Ausführungsbeispiel eine Gasturbine mit einem einstufigen Radialverdichter 1, dieser kann auch anders ausgeführt sein, wie z. B. als Axialgebläse, und er kann auch mehrere Stufen aufweisen. Über den Kanal 2 strömt die verdichtete Luft durch die Schaufeln 3 einer einstufigen Axialturbine. Die Turbine kann auch eine Radialturbine sein oder auch mehrere Stufen aufweisen, die getrennt für sich laufen können. Die getrennt laufenden Turbinenräder können auch durch verstellbare Leitschaufeln in ihrer Drehrichtung veränderlich und regulierbar sein. Die Strömungsrichtung der verdichteten Luft durch das Turbinenrad 3 kann auch gleichsinnig mit den Brenngasen sein.

Aus der Brennkammer 4 strömen die heißen Gase mit Teilbeaufschlagung durch das Turbinenrad 3 direkt oder über einen Wärmeaustauscher ins Freie, der im Kanal 2 oder zwischen dem Turbinenrad 3 und der Brennkammer 4 eingebaut sein kann. Im Kanal 2 kann auch ein Kühlsystem für die verdichtete Luft vorhanden sein. Es kann auch verdichtete Luft nach dem Verdichter oder zwischen den einzelnen Turbinenrädern oder zwischen dem Turbinenrad 3 und der Brennkammer4 entnommen und für bestimmte Arbeitsleistungen herangezogen werden, wie z. B. für zusätzlichen Schub, für Enteisungsanlagen, zum Heizen von Räumen oder zum Antrieb von Preßlufthämmern usw.

Die Turbinenschaufeln können so gestaltet sein, daß sie auch als Verdichter wirken. Das Teilbeaufschlagungssegment kann beliebig groß ausgebildet werden und kann sich von Turbinenrad zu Turbinenrad ändern. Um die Temperatur der verdichteten Luft möglichst hoch zu bringen, kann sie öfters umgelenkt,

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d. h. mehrmals durch die Turbinenschaufeln hindurch geführt werden.

Die Turbine gemäß der Erfindung eignet sich besonders für kleine Leistungen. Durch die Teilbeaufschlagung sind jedoch noch verhältnismäßig große Radabmessungen erforderlich. Es kann aber dafür mit wesentlich höherer ßrenngastemperatur gefahren werden als bei den heute üblichen Bauarten. Der zwangläufig eingebaute Wärmetauscher ist für den thermischen Wirkungsgrad günstig. Ferner wird das Entstehen eines Belags auf den Turbinenschaufeln durch die Brenngase verzögert, weil die Turbinenschaufeln ständig mit verdichteter Luft durchströmt werden.

Claims

Patentanspruch:

Gasturbine mit Teilbeaufschlagung des Turbinenrades mit Brenngas und mit verdichteter Luft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der verdichteten Luft oder die gesamte verdichtete Luft durch die Schaufelräume des (der) Turbinenrads (-räder) strömt, um erst danach, gegebenenfalls nach mehrmaliger Umlenkung, dem Brennraum zugeleitet zu werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 833 879;
britische Patentschrift Nr. 705 611.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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